福建农林大学发表Nature Genetics文章 全球首次破译甘蔗基因组

【字体: 时间:2018年10月10日 来源:生物通

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  甘蔗野生种“割手密”种基因组破译是甘蔗基础生物学研究的一个里程碑。在此基础上,揭示了野生种“割手密”种的基因组演化、抗逆性来源、高糖以及自然群体演化的遗传学基础,这些研究将促进甘蔗分子生物学的快速进展,使甘蔗实施分子育种策略成为可能,从而加快甘蔗品种改良和产业发展。

  

甘蔗是基因组最为复杂的作物之一。根据全国糖业信息中心最新数据,2018/19年度全国种植甘蔗128万公顷,产量为7700万公吨,农业直接年产值约385亿人民币。由于甘蔗经济价值重大,近十多年来,国际上很多国家都在积极开展甘蔗基因组的研究,如巴西、法国、泰国,但由于受复杂的大基因组、高多倍体以及同源异源杂交品种等因素限制,均未获得突破性进展。

来自福建农林大学的一组研究人员发表了题为“Allele-defined genome of the autopolyploid sugarcane Saccharum spontaneum L.”的文章,在全球首次公布甘蔗基因组,攻克同源多倍体基因组拼接组装的世界级技术难题,率先破译甘蔗割手密种基因组,同时还解析了甘蔗割手密种的系列生物学问题,特别是揭示了甘蔗属割手密种的基因组演化、抗逆性、高糖以及自然群体演化的遗传学基础。

这一研究成果公布在10月8日的Nature Genetics杂志上。由福建农林大学明瑞光教授团队完成。这是第二个以中国人为主破译的大宗农作物基因组,是全球第一个组装到染色体水平的同源多倍体基因组,标志着全球农作物基础生物学研究取得重大突破,奠定了我国在甘蔗研究领域的国际领先地位。

在这篇文章中,研究人员攻克了同源多倍体基因组拼接组装的世界级技术难题,率先破译甘蔗割手密种基因组,同时还解析了甘蔗割手密种的系列生物学问题,特别是揭示了甘蔗属割手密种的基因组演化、抗逆性、高糖以及自然群体演化的遗传学基础。

甘蔗野生种“割手密”为现代栽培杂交种提供了病虫害和逆境的抗性基因,约占了甘蔗杂交种基因组的15%。应用目前最先进的第三代测序技术加上物理图谱,将甘蔗野生种“割手密”四倍体基因组被组装到了32条染色体上,其染色体基数比亲缘关系较近的高粱和玉米少了两条,为8条。通过基因组内部比较分析,证实了野生种“割手密”是同源多倍体,并且发生了两次间隔较短的全基因组复制事件。同源多倍体基因组拼接组装是世界性难题,项目组发明的新算法填补了这项空白。

甘蔗野生种“割手密”种基因组破译是甘蔗基础生物学研究的一个里程碑。在此基础上,揭示了野生种“割手密”种的基因组演化、抗逆性来源、高糖以及自然群体演化的遗传学基础,这些研究将促进甘蔗分子生物学的快速进展,使甘蔗实施分子育种策略成为可能,从而加快甘蔗品种改良和产业发展。

这些研究不仅将促进甘蔗分子生物学的快速进展,更由于甘蔗是发现C4光合作用途径和研究同源多倍体遗传的模式植物,对人类深化同源多倍体植物研究,具有十分重要的科学意义。

(生物通)

原文标题:

Allele-defined genome of the autopolyploid sugarcane Saccharum spontaneum L.

https://www.nature.com/articles/s41588-018-0237-2?tdsourcetag=s_pcqq_aiomsg
 

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